第四章 光接收机VIP专享VIP免费

第四章光接收机§4-1概述；§4-2半导体光电检测器；§4-3光接收机的前端及噪声；§4-4光接收机的灵敏度；§4-5光接收机的线性通道和数据恢复；本章思考题。第四章的主要内容§4-1§4-1概述光接收机的作用：探测经光纤传输后幅度被衰减、波形被展宽的微弱光信号，并进行放大、再生，恢复原始信号。光接收机的主要性能指标：灵敏度和动态范围，其中最主要的是灵敏度，光检测器是光接收机的核心部件；接收机理论中，中心问题就是如何降低输入端的噪声、提高接收灵敏度。处理电路电信号放大§4-1§4-1概述一、光纤通信对光电检测器的要求1.波长响应应在光纤通信窗口，即对一定的光功率，能够输出尽可能大的光电流；2.响应度要高，光电转换效率要高，输出电流大；3.噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；4.响应速度要快，常用对光脉冲的响应的上升或下降沿表示，反应了光信号的反应能力；5.性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小；6.对工作温度的变化不敏感；7.具有良好的线性，保证光电转换过程不失真。§4-1§4-1概述二、数字光接收机的主要组成数字光接收机可以分为图中的8个部分，或者分为三大块。1.光检测器完成光电转换，然后送入前置放大器，但是光电流非常小，在nA~µA量级。η↑，N↓，τ↓前端线性通道判决再生（数据恢复）§4-1§4-1概述2.前置放大器低噪声放大器，改善信噪比，其噪声对整个放大器的输出噪声影响很大，影响光接收机的灵敏度。输出毫伏级的电压。3.主放大器把前端输出的信号放大到后继电路需要的电平，即保证增益/提供足够的增益。§4-1§4-1概述4.均衡滤波减小噪声，克服、消除放大器及其他部件(光纤)引起的信号波形失真，使噪声及码间干扰降到最低，对失真的信号进行补偿，使输出信号波形供正确判决。5.判决器设置判决电平，使放大器送过来的输入信号与判决门限电平比较。判决时刻，被判码元的瞬时值最大，而相邻码元在此时刻的瞬时值为0。§4-1§4-1概述6.译码器如果发射端进行线路编码、扰码，在接收端需要有相应的译码/解扰电路。7.AGC电路通过AGC电路实现自动增益控制，使输出信号在一定范围内不受输入信号变化的影响，保证主放大器的动态范围。8.时钟提取/时钟恢复同步脉冲提取，以供在准确时刻抽样判决。§4-2§4-2半导体光电检测器光电检测器是光纤通信系统中接收端机中的第一个部件，由光纤传输来的光信号通过它转换为电信号。它是利用材料的光电效应实现光电转换的。目前在光纤通信系统中，常用的半导体光电检测器有两种，一种是PIN光电二极管，另一种是APD（雪崩）光电二极管。§4-2§4-2半导体光电检测器一、光电二极管的工作原理光电二极管对应受激吸收。在反向偏压作用下半导体PN结的光电效应。光电检测器是外加反向偏压的PN结，当入射光作用时，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，发生受激吸收产生光生电子-空穴对（光生载流子），在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，这些电子-空穴对在耗尽层内建电场作用下形成漂移电流，同时在耗尽层两侧部分电子-空穴对由于扩散运动进入耗尽层，在电场作用下形成扩散电流，这两部分电流之和为光生电流。§4-2§4-2半导体光电检测器§4-2§4-2半导体光电检测器二、光电二极管的波长响应由光电效应可知，当入射光子能量hυ小于禁带宽度Eg时，不论入射光有多强，光电效应也不会发生，即产生光电效应必须满足条件hυ≥Eg，即光频υc＜Eg/υ的入射光不能产生光电效应，对应的波长为λc=hc/Eg=1.24/Eg。即只有波长λ＜λc的入射光，才能使这种材料产生光生载流子，故λc为产生光电效应的入射光的最大波长，又称为截止波长，相应的υc称为截止频率。01xPxPe，是材料的吸收系数，是波长的函数§4-2§4-2半导体光电检测器光电二极管除了截止波长外，当入射光波长太短时，光电转换效率会大大下降。经过x距离后光信号被吸收的光功率为入射光波长很短时，材料的吸收系数很大，结果使大量的入射光子在光电二极管的表面层就被吸收。半导体光电二极管的响应波长：λmin<λ<λmax。Si光电二极管：0.5~1.0µm；...